农业气象学经典课件――农业气候相似理论

一、基本概念和研究方法二、相似距离计算三、农业气候相似程度判断四、应用举例五、理论应用中要注意的问题第八章农业气候相似理论农业生产实践表明：任何作物的优良品种都是在特定生态环境下生长繁育的,都带有原产地条件的烙印。一个作物品种引种成功与否是由多种生态条件综合作用的结果,而在众多的生态条件中,气候条件是最基本的。1998年，内蒙古呼伦贝尔盟投资6000万元引种美国紫花苜蓿8万多亩的项目，在呼伦贝尔大草原上实施；•呼伦贝尔首次大面积引种紫花苜蓿以失败告终！造成苜蓿大面积死亡的什么原因是气候因素：2000-2001年冬季降雪少，气温低，春天牧草返青时，又遇倒春寒，苜蓿受冻而死。3年后，当这里的其它牧草茁壮生长的时候，却有近7万亩的紫花苜蓿死亡。一、基本概念和研究方法农业气候相似理论是在实践中产生的。20世纪初，德国林学家H.Mayr在研究树木引种时首先提出的。木本植物引种要看原产地与引种地的气候是否相似，两地气候相似程度越大，引种成功的可能性就越大。以温度为主要指标，进行了气候相似分析，正确地指导了德国的林木引种。一般地,引种地与引种源地间气象条件较为接近的,引种就容易获得成功。农业气候相似理论：两地气候或农业气候的相似程度越大，引种成功的可能性就越大。相似程度的大小通常用相似距离来衡量。研究方法：1.要素选取二、相似距离计算北京－温带大陆性季风气候霍巴特－温带海洋性气候滑移气候相似同一作物在不同地域影响生育的关键期和主导因素不同。有时简单比较相似不好，滑移后则相似。表1北京等四地区年平均气候指标以地区主要年平均标准气候值（1971～2000）为例计算地区间气候相似距离。2.相似距离计算项目气温(℃)相对湿度(%)风速(m/s)降水量(mm)北京12.35725571.9济南14.75730672.7广州2277171736.1乌鲁木齐6.95823286.3成都16.18211870.1南京15.476251062.4一维相似距计算：10年均温（℃）051520-525北京12.3广州22.0济南14.7乌鲁木齐6.9乌鲁木齐－北京：5.4北京－济南：2.4北京－广州：9.7乌鲁木齐－北京：285.6北京－济南：100.8北京－广州：1164.21180年降水量（mm）58088014801780280济南672.7北京571.9广州1736.1乌鲁木齐286.3气温相似距降水相似距jiijxxd二维相似距计算：22jijiijyyxxd气温（℃）降水量（mm）北京（12.3,571.9）成都（16.1,870.1）广州（22.0,1736.1）9.71164.21164.2依此类推，M维变量的相似距为：221221221)()()(zzyyxxd12zz221221)()(yyxx南京（15.4，1062.4，76）北京（12.3，571.9，57）),,(111zyx),,(222zyx气温X相对湿度Z降水量ymkkjkimjmijijiijxxxxxxxxd122222211)()()()(在气象要素中，各要素的单位不一样。计算相似距时，为使它们能在同一水平上进行比较，需要进行无量纲化处理。这里介绍一种最常用的标准化处理方法。在有m个气象要素作为判别因子，计算n个地区间的气候相似距时，假设第k个气候要素的数值为(k=1,…,m)3.要素无量纲化处理kix为站点数，即样本数。。，nnixki,,3,2,1kkkikixxx/要素的标准化变量为：标准化处理后，该气候nikkikxxn12/1其标准差为：nikikxnxn11个数值的平均值为：该气候要素的相应地，变量标准化处理后，多维空间任意两点相对距离可以计算如下：jiijxxdji似距为：两地单个气候要素的相、22jijiijyyxxdji似距两地两个气候要素的相、222jijijiijzzyyxxdji似距两地三个气候要素的相、mkkjkiijxxdmji12个气候要素的相似距两地、依此类推，4.标准化相似距离计算考虑到在一组农业气候指标中各因子所起的作用有所差异,因此对各因子距离应进行权重处理。设第k个因子对气候影响的权重为Ｗk,则相应的相似距离公式转化为：mkkjikkijxxWD12][5.影响权重分配和相似距离修正为使相似距数量级较小，对以上相似距离进行修正：不同因子的影响权重应根据当地农业生产特点和作物品种特性综合决定。mkkjikkijxxWmD1221三、相似程度的判断根据相似距离进行相似程度判断和引种区划。）相似距（ijd相似级别相似程度引种适宜程度3.0ijd5.03.0ijd7.05.0ijd0.17.0ijd0.1ijd级1级2级3级4高较高较低低不相似考区适宜引种，引种重点参直接引种，引种重点区次适宜，引种和驯化区化区次适宜，间接引种和驯慎重考虑引种例1.太行山区引种日本甜柿四、应用举例·判别因子选取：温度、降水和光照·相似距离计算·相似程度判别太行山四个引种区,既没有一级相似的直接引种区，也没有不相似的区域。引种试验也表明可以引种。例2.长春引种台北甜豌豆·判别因子选取：温度和降水气温1月2月3月4月5月6月长春-16.7-12.7-3.66.614.520台北15.215.417.520.924.526.8气温7月8月9月10月11月12月长春23.421.815.27.3-3.8-12.8台北28.428.326.923.320.517.2表５台北和长春温度条件（℃）表６.台北和长春降水条件（mm）降水1月2月3月4月5月6月长春4.85.212.925.250.9112.6台北91147164182205322降水7月8月9月10月11月12月长春169.7138.957.735.215.64.5台北2692661891177177地区积温(℃)日均温（℃）降水量(mm)台北1978.116.3479.0长春1972.916.1358.4表7.台北和长春水热比较（mm）气温相似距判断结论：长春是台北甜豌豆的适宜引种区。1990～1992年的试种成功的实践也证明台北甜豌豆引种长春是可行的。四、应用中要注意的问题1.选择作物生长关键时期的关键农业气候因子作为对比分析因子，这是引种成败的关键。2.必须遵循先小面积试验，后大面积推广的原则，确保引种成功。•农业气候相似理论不仅能科学指导农业生物引种，而且在技术引进、动物植检疫和农业结构调整和区域规划发展等领域都有着广阔的应用前景。推荐阅读文献1.郑大玮，姜会飞，世界气候与农业，气象出版社，2007年。2.陈双溪，殷剑敏，李迎春，充分发挥农业气候论证在农业开发中的重要作用，江西气象科技，2001.24（2）。3.李和平，刘祥，王跃先，紫花苜蓿的种植和利用，河南畜牧兽医，2005.26（3）：294.李思发，水产生物引种喜与忧的反思（下），科学养鱼，2005.7：45-475..吴登秀,铜仁地区作物引种栽培气候诊断的研究,贵州气象,2000.24(6):35-386.陈艳春,李鸿怡,赵红,山东棉花引种的农业气候相似诊断分析,气象,23(3):42-457.沈文君,沈佐锐,李志红，外来有害生物风险评估技术，农村生态环境，2004,20(1):69-728.MontserratV,PujadasJ.SocioeconomicparametersinfluencingplantinvasionsinEuropeandNorthAfrica[C]//McNeelyJA.Thegreatreshuffling:humandimensionsofalieninvasivespecies.Gland:IUCN,20019.YamamuraK,KatsumataH.Estimationoftheprobabilityofinsectpestintroductionthroughimportedcommodities[J].ResPopulEcol,1999,41(3):275-28210.LonsdaleM.Globalpatternsofplantinvasionsandtheconceptofinvisibility[J].Ecology,1999,80(5):1522-153611.JoshuaD.Lichterman,Disasterstocome,[J]Futures31(1999)593–60712.J.Lomas,J.R.Milfordb,E.Mukhal,Educationandtraininginagriculturalmeteorology:currentstatusandfutureneeds,AgriculturalandForestMeteorology103(2000)197–20813.M.V.K.Sivakumar,R.Gommesb,W.Baie,Agrometeorologyandsustainableagriculture,AgriculturalandForestMeteorology103(2000)11–2614.ICPMWorkingGroup.Analysisofenvironmentalrisks,draftsupplementtoISPMNo.11[Z].Vienna:ICPM,200115.FAO.Internationalstandardsforphytosanitarymeasures.PartI:importregulations:guidelinesforpestanalysis(draftstandard)[Z].Rome:FAO,1996•国内外相关网站：•农业气象论坛•联合国粮农组织•国际农业研究咨询组•法国农业国际合作发展中心